JP2000086205A - Ozonizer - Google Patents

Ozonizer

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JP2000086205A
JP2000086205A JP10263800A JP26380098A JP2000086205A JP 2000086205 A JP2000086205 A JP 2000086205A JP 10263800 A JP10263800 A JP 10263800A JP 26380098 A JP26380098 A JP 26380098A JP 2000086205 A JP2000086205 A JP 2000086205A
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JP
Japan
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ozone
pressure
side electrode
atm
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP10263800A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Ieda
正彦 家田
Kaoru Kitakizaki
薫 北寄崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce a small-size pulse power type ozonizer. SOLUTION: In the ozonizer, a pressure tank 8 having an inlet 17 to introduce source gas and a discharge port 18 to discharge ozone is provided with a ground electrode 10 and a high voltage electrode 13. By controlling the pressure in the pressure tank 8, for example, to 5 atm. absolute pressure, the inner diameter D of the ground electrode 10 can be decreased from 60 mm for an inner pressure of 1 atm to 10 mm, thus making the pressure tank 8 smaller in size.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はオゾン発生器に関
し、オゾン発生器を小形化したものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ozone generator, which is a miniaturized ozone generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】オゾンは極めて強い酸化力を有するた
め、殺菌や脱臭あるいは脱色の目的で使用される。この
ため、上下水道処理や屎尿処理などにオゾンが用いられ
る。この場合、高濃度であって大量のオゾンが要求され
るため、無声放電式によって生成するのが一般的であ
る。
2. Description of the Related Art Since ozone has an extremely strong oxidizing power, it is used for sterilization, deodorization, or decolorization. For this reason, ozone is used for water and sewage treatment and human waste treatment. In this case, since a high concentration and a large amount of ozone are required, the ozone is generally generated by a silent discharge method.

【0003】無声放電式によるオゾンの生成の原理は、
原料ガスとしての空気又は酸素から電気化学的にオゾン
を生成するものであり、図3に示すように空隙を介して
一対の誘電体1を設け、夫々の誘電体1に固着した高電
圧電極2にAC又は高周波の高電圧電源3を接続して構
成されている。
[0003] The principle of ozone generation by the silent discharge method is as follows.
This is for generating ozone electrochemically from air or oxygen as a raw material gas. As shown in FIG. 3, a pair of dielectrics 1 is provided through a gap, and a high voltage electrode 2 fixed to each dielectric 1 is provided. And an AC or high frequency high voltage power supply 3 is connected to the power supply.

【0004】しかし、無声放電式はオゾンの生成効率が
悪く、生成したオゾンのコストを押し上げている。つま
り、単位体積当たりのオゾンを得るのに必要な電力は、
理論値が1.2kWh/kg−O3であるのに対し、現
実には14kWh/kg−O3程度が必要であり、消費
電力の数%がオゾンの生成に使われているに過ぎず、大
部分が排熱として消費される。オゾン生成の効率は放電
エネルギー,放電の形状,温度,圧力に大きく依存する
ので、 (1)電極及び誘電体の形状 (2)印加電圧及び周波数 (3)反応空間の冷却 を適正化する改良が従来から行われている。しかしなが
ら、放電消費電力の飛躍的な向上はみられない。
[0004] However, the silent discharge method has a low ozone generation efficiency, and raises the cost of the generated ozone. In other words, the power required to obtain ozone per unit volume is
Of theory that is 1.2kWh / kg-O 3, reality is required to be about 14kWh / kg-O 3, only a few percent of the power consumption is used to generate ozone, Most is consumed as waste heat. Since the efficiency of ozone generation greatly depends on discharge energy, discharge shape, temperature, and pressure, (1) electrode and dielectric shapes (2) applied voltage and frequency (3) improvement to optimize cooling of reaction space This has been done conventionally. However, no dramatic improvement in discharge power consumption is observed.

【0005】このため、図4に示すパルスパワー式のオ
ゾン発生器が提案されている。これは、筒状の接地側電
極4の軸心位置に高圧側電極5を配置し、双方の電極間
にパルスパワー電源6を接続したものである。ここで、
高圧側電極5の両端は、接地側電極4の両端近傍に配置
された図示しない一対の絶縁板を介して支持されてい
る。パルスパワー電源6は立ち上がりが急峻で持続時間
の短いパルスを双方の電極間に供給する。このようなイ
ンパルスを供給すると放電空間である接地側電極4の内
部に均一な非平衡プラズマ放電が行われる。このため、
接地側電極4の左側から原料ガスを供給すると、右側か
らオゾンガスが排出される。
For this reason, a pulse power type ozone generator shown in FIG. 4 has been proposed. In this configuration, a high voltage side electrode 5 is disposed at an axial center of a cylindrical grounding side electrode 4, and a pulse power source 6 is connected between both electrodes. here,
Both ends of the high voltage side electrode 5 are supported via a pair of insulating plates (not shown) arranged near both ends of the ground side electrode 4. The pulse power supply 6 supplies a pulse having a steep rise and a short duration between both electrodes. When such an impulse is supplied, a uniform non-equilibrium plasma discharge is performed inside the ground electrode 4 which is a discharge space. For this reason,
When the source gas is supplied from the left side of the ground side electrode 4, the ozone gas is discharged from the right side.

【0006】工業的に要求される高濃度オゾンを得るた
めには、オゾンの生成を増すと同時に分解を減らして平
衡状態でのオゾン濃度を引き上げる必要がある。オゾン
の生成には第一反応として酸素分子を解離してO原子を
生成する必要があり、それに十分なエネルギーの電子が
まず必要である。続いてO原子からオゾンを生成する反
応と生成されたオゾンが再び分解する反応は同時に進行
するが、いずれの反応に傾くかは温度に依存する。そし
て、温度の低い方が化学平衡が生成側に傾いて高濃度の
オゾンが生成できるので、ガス温度の低いことが必要で
ある。
In order to obtain industrially required high-concentration ozone, it is necessary to increase the production of ozone and at the same time reduce the decomposition to raise the ozone concentration in the equilibrium state. In order to generate ozone, it is necessary to dissociate oxygen molecules to generate O atoms as a first reaction, and first, electrons having sufficient energy are required. Subsequently, a reaction for generating ozone from O atoms and a reaction for decomposing the generated ozone again proceed at the same time. Which reaction is inclined depends on the temperature. The lower the temperature, the lower the gas temperature because the chemical equilibrium is inclined toward the generation side and high concentration ozone can be generated.

【0007】このようなガス温度の低い条件を満たすの
が非平衡プラズマである。非平衡プラズマでは質量の小
さい電子のみが電界から高エネルギーを得て電子温度が
高くなるが、分子・イオンは電界の急激な変化に追従で
きないために低エネルギーのガス温度が低い状態にあ
る。このため、非平衡プラズマを利用することにより、
効率よくオゾンを生成できる。
[0007] Non-equilibrium plasma satisfies such a low gas temperature condition. In non-equilibrium plasma, only electrons with a small mass gain high energy from the electric field and the electron temperature rises. However, molecules and ions cannot keep up with rapid changes in the electric field, so that the low-energy gas temperature is low. Therefore, by using non-equilibrium plasma,
Ozone can be generated efficiently.

【0008】無声放電式も非平衡プラズマを利用してい
るのであるが、無声放電は微小ストリーマ放電の集合な
ので電子密度が均一ではない。そのため、エネルギーが
注入されているスポットではO原子の生成に必要な電子
密度が集中しているが、同時にガス温度もスポット的に
高くなっているため、化学平衡がオゾンの生成に大きく
傾きにくい。そのため、全体としてはオゾン生成効率が
向上しない。
The silent discharge method also uses non-equilibrium plasma. However, since the silent discharge is a collection of minute streamer discharges, the electron density is not uniform. Therefore, in the spot where energy is injected, the electron density necessary for generation of O atoms is concentrated, but at the same time, since the gas temperature is also high in a spot-like manner, the chemical equilibrium is hardly inclined to ozone generation. Therefore, the ozone generation efficiency does not improve as a whole.

【0009】これに対し、パルスパワー式を使った放電
は反応空間に均一に起こり、ガス温度の高いスポットは
存在しないので、非平衡プラズマの特性を有効に利用す
ることができる。そのため、消費電力を低く押えること
ができる。
On the other hand, since the discharge using the pulse power method occurs uniformly in the reaction space and there is no spot having a high gas temperature, the characteristics of the non-equilibrium plasma can be effectively used. Therefore, power consumption can be reduced.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、パルスパワ
ー式のオゾン発生器は、コロナ放電を利用しているた
め、必然的にある程度以上に大きいギャップが必要とな
り、無声放電式のオゾン発生器に比べて放電ギャップが
大きいのでオゾン発生器自体も大形化する。
However, since the pulse power type ozone generator utilizes corona discharge, a gap larger than a certain level is inevitably required, and compared with the silent discharge type ozone generator. As a result, the ozone generator itself becomes large because the discharge gap is large.

【0011】一方、放電ギャップを単に縮めるだけで
は、グロー状のコロナ放電がアーク放電に移行してしま
うため、オゾンが有効に生成されないことになる。つま
り、小形化を図ることはできない。
On the other hand, if the discharge gap is simply reduced, the glow-shaped corona discharge shifts to arc discharge, and ozone is not effectively generated. That is, miniaturization cannot be achieved.

【0012】そこで本発明は、斯る課題を解決したオゾ
ン発生器を提供することを目的とする。
[0012] Therefore, an object of the present invention is to provide an ozone generator which solves such a problem.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】斯る目的を達成するため
の請求項1にかかるオゾン発生器の構成は、筒状の接地
側電極の軸心位置に高圧側電極を配置し、パルス幅が短
くかつ立ち上りの急峻な高電圧パルスを前記双方の電極
間に高い繰り返し数で印加するとともに接地側電極の内
部へ原料ガスを送り込むように構成したオゾン発生器に
おいて、前記接地側電極の内部の圧力を、絶対圧1気圧
より大きく10気圧以下に設定したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ozone generator, wherein a high-pressure side electrode is disposed at an axial center of a cylindrical grounding-side electrode, and a pulse width of the ozone generator is reduced. In an ozone generator configured to apply a short and steep rising high voltage pulse between the two electrodes at a high repetition rate and to feed a raw material gas into the ground electrode, the pressure inside the ground electrode is reduced. Is set to be greater than 1 atm absolute pressure and not more than 10 atm pressure.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明によるオゾン発生器
の実施の形態を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an ozone generator according to the present invention will be described below.

【0015】(a)実施の形態1 図1に示すように、電磁シールドを兼ねる圧力容器8の
内部に一対の支持板9a,9bを介して筒状の接地側電
極10の両端近傍が支持されている。この接地側電極1
0の内径寸法Dは10mmとなっている。一対の支持板
9a,9bにおける夫々の外側には、絶縁板11a,1
1bが、夫々複数の絶縁性の支持棒12を介して相互に
略平行に取り付けられている。そして、接地側電極10
の軸心位置に配置したロッド状の高圧側電極13の両端
が一対の絶縁板11a,11bに支持されている。
(A) First Embodiment As shown in FIG. 1, the vicinity of both ends of a cylindrical ground-side electrode 10 is supported inside a pressure vessel 8 also serving as an electromagnetic shield via a pair of support plates 9a and 9b. ing. This ground electrode 1
The inner diameter D of 0 is 10 mm. Outside each of the pair of support plates 9a, 9b, an insulating plate 11a, 1
1b are attached to each other substantially in parallel via a plurality of insulating support rods 12. And the ground electrode 10
Both ends of a rod-shaped high-voltage electrode 13 disposed at the axial center position are supported by a pair of insulating plates 11a and 11b.

【0016】圧力容器8には電流端子15が気密に貫通
して設けられ、高圧側電極13はケーブル14を介して
電流端子15に接続され、電流端子15はケーブル16
を介して図示しないパルスパワー電源に接続されてい
る。そして、圧力容器8における一端側の上部には原料
ガスを導入する導入口17が形成される一方、他方側の
上部にはオゾンガスを排出する排出口18が形成されて
いる。このほか、一対の支持板9a,9bで囲まれた部
分には冷却水19が循環して流れるようになっている。
A current terminal 15 is provided through the pressure vessel 8 in an airtight manner. The high-voltage side electrode 13 is connected to the current terminal 15 via a cable 14.
To a pulse power supply (not shown). An inlet 17 for introducing a raw material gas is formed at an upper portion on one end of the pressure vessel 8, and an outlet 18 for discharging ozone gas is formed at an upper portion on the other side. In addition, cooling water 19 circulates and flows in a portion surrounded by the pair of support plates 9a and 9b.

【0017】次に、斯るオゾン発生器の作用を説明す
る。圧力容器8の内部であって冷却水19が満たされた
部分以外の内圧が、絶対圧1気圧よりも大きく10気圧
以下の本実施の形態では5気圧に設定されている。この
状態でも圧力容器8,接地側電極10,電流端子15は
十分に耐えるように耐圧構造になっている。
Next, the operation of the ozone generator will be described. The internal pressure of the inside of the pressure vessel 8 other than the portion filled with the cooling water 19 is set to 5 atm in the present embodiment in which the absolute pressure is more than 1 atm and 10 atm or less. Even in this state, the pressure vessel 8, the ground-side electrode 10, and the current terminal 15 have a pressure-resistant structure so as to withstand sufficiently.

【0018】このように圧力容器8の内圧を従来の1気
圧から5気圧まで大きくし、導入口17から原料ガスを
供給しながらパルス幅の短くかつ立ち上りの急峻な高電
圧パルスを高い繰り返し数で接地側電極10と高圧側電
極13との間に印加すると、D=10mm(従来はD=
60mm)であって接地側電極10と高圧側電極13と
の放電ギャップが従来の1/5程度に小さくてもコロナ
放電が安定して行われ、このコロナ放電を電気化学的に
利用して原料ガスからのオゾンの生成が円滑に行われ
る。
As described above, the internal pressure of the pressure vessel 8 is increased from 1 atm to 5 atm, and a high-voltage pulse having a short pulse width and a sharp rise is supplied at a high repetition rate while supplying a raw material gas from the inlet 17. When applied between the ground side electrode 10 and the high voltage side electrode 13, D = 10 mm (conventionally, D =
Even if the discharge gap between the ground side electrode 10 and the high voltage side electrode 13 is as small as about 1/5 of the conventional one, corona discharge is stably performed. Generation of ozone from the gas is performed smoothly.

【0019】(b)実施の形態2 次に、実施の形態2を説明する。実施の形態2は、図1
において単一であった接地側電極10と高圧側電極13
との組み合わせを複数設けて多管構造としたものであ
る。
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment will be described. Embodiment 2 is shown in FIG.
And the high voltage side electrode 13 which were single in
And a plurality of combinations are provided to form a multi-tube structure.

【0020】その他の構成,作用は実施の形態1と同じ
なので、説明を省略する。
The other configuration and operation are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted.

【0021】なお、高圧側電極の形状は任意に設定する
ことができる。例えば外径寸法を5mmとして中空にす
ることもできる。
The shape of the high-voltage side electrode can be set arbitrarily. For example, it is possible to make the outer diameter 5 mm and make it hollow.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上の説明からわかるように、請求項1
に係るオゾン発生器によれば、接地側電極の内部の圧力
を絶対圧1気圧よりも大きく10気圧以下の範囲に設定
したので、グロー状のコロナ放電をアーク放電に移行さ
せることなく、接地側電極の内径寸法を従来よりも小さ
くしてオゾン発生器を小形化することができる。
As can be seen from the above description, claim 1
According to the ozone generator according to the above, since the pressure inside the ground electrode is set to a range of more than 1 atm absolute pressure and 10 atm or less, the glow-shaped corona discharge is not transferred to the arc discharge, so By making the inner diameter of the electrode smaller than before, the ozone generator can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるオゾン発生器の実施の形態1を示
す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing Embodiment 1 of an ozone generator according to the present invention.

【図2】本発明によるオゾン発生器の実施の形態2を示
す構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the ozone generator according to the present invention.

【図3】従来の無声放電式のオゾン発生器の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional silent discharge type ozone generator.

【図4】従来のパルスパワー式のオゾン発生器の構成
図。
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional pulse power type ozone generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8…圧力容器 10…接地側電極 13…高圧側電極 8 pressure vessel 10 ground electrode 13 high pressure electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筒状の接地側電極の軸心位置に高圧側電
極を配置し、パルス幅が短くかつ立ち上りの急峻な高電
圧パルスを前記双方の電極間に高い繰り返し数で印加す
るとともに接地側電極の内部へ原料ガスを送り込むよう
に構成したオゾン発生器において、 前記接地側電極の内部の圧力を、絶対圧1気圧より大き
く10気圧以下に設定したことを特徴とするオゾン発生
器。
1. A high voltage side electrode is arranged at the axial center of a cylindrical grounding side electrode, and a high voltage pulse having a short pulse width and a sharp rise is applied between the two electrodes at a high repetition rate and grounding. An ozone generator configured to feed a raw material gas into the side electrode, wherein the pressure inside the ground electrode is set to be greater than 1 atm absolute and not more than 10 atm.
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